[发明专利]一种多中继选择极化译码转发方法

说明书

本发明属于数字通信领域，具体涉及一种多中继选择极化译码转发方法，依次采用根据极化信道的信道状态信息构造码率变化的极化编码方法和最佳中继选择方法，并联合极化信道编码与多中继协作译码方法，以实现信息的转发。本发明相比于传统的码率固定的极化码构造算法，该码率可变的极化码编码算法更灵活方便，适用范围更广。本发明仅使用众多中继中的一个最佳中继来转发信息，实现节约资源，高效传输的目的。

技术领域

本发明属于数字通信领域，具体涉及一种多中继选择极化译码转发方法。

背景技术

在无线通信系统中，信道编码与协作通信是极为重要的研究方向。常用的 信道编码方案有卷积码、低密度稀疏矩阵校验码LDPC、极化码Polar等。在 第五代移动通信5G技术中，极化码作为短码的编码方案，受到越来越多的重 视。

极化码由Erdal Arikan首次提出，是一种基于信道极化理论构造的，被证 明能够达到香农容量限的优秀码字。最初，根据原始编码方式构造的极化码是 一种非系统码；后来，Arikan提出了一种系统形式的极化码，相比于非系统极 化码，拥有更好的误比特率BER表现。越来越多的加性高斯白噪声AWGN信 道下的极化码构造方法被提出。蒙特卡洛算法被用来挑选信息位信道，但这种 方法的复杂度过高。后来，Mori和Tanaka等提出了一种基于先验概率的信道 选择算法，其算法复杂度为O(N·μ²logμ)；其中，μ是整数，表示在信道估计 中输出的最大符号数。

由信道极化理论可知，当N趋于无穷大时，信道可以极化成完全无噪声和 全噪声比特信道。于是，选择信道容量接近于1的完全无噪声比特信道 发送信源输出的K比特信息，而使用接近于0的全噪信道上发送(N-K) 位冻结比特。Polar编码方式，保证了信息集中在较好的比特信道中传输，从 而降低了信息在信道传输过程中出现错误的可能性，保证了信息传输的正确 性。

最大比合并算法(MRC)通过对各路信号进行线性合并，使得输出信号的信 噪比最大。由于，最大比合并的输出是各路信号的加权和，当各路信号都很差 时，最大比合并算法仍然可能合并出一个较好的信号。

由定义的极化码可以通过连续删除译码SC算法解码。其中，N 和K分别表示码长和信息比特长度，A代表信息比特位置的集合，代表冻结 位。信息向量经过编码后生成码字随后经过信道W^N传送，在接收端得 到信道输出SC译码算法的估算值通过下式计算得到。

其中，h_i是一个决策函数定义为：

其中，是实数，表示信道的转移概率；u₁是0或1的整数，表示信道的输 入；y₁是实数，表示信道的输出。

SC译码算法的结构类似于蝶形算法的快速傅里叶变换(FFT)，基于递归的 思想一步一步计算出，最后还需要经过一次比特翻转运算得到最终的译码结 果。

协作通信技术通过多个独立分布于无线网络中的单天线用户共享频谱等 资源引入空间分集，从而获得与多输入多输出系统相同的系统性能，是对抗多 径衰落，提高通信质量的重要手段之一。在协作通信中，主要存在以下三种中 继协作策略：

1、放大转发协作AF

中继节点接收到从源节点发送过来的信息后，进行放大处理，再转发到目 的节点。这种方式简单直接，但容易造成错误蔓延的问题。

2、译码转发协作DF

DF协作方式，又称为“可再生”的中继方式。在经典的三节点信道模型 下，信噪比较高时，采用DF协作方式，不仅能获得分集增益，还能获得更好 的误码效果。但是，在多中继情况下，会造成时延过大、资源浪费的问题。

3、编码协作技术CC